楊會超，何 萌，靳明月

（洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039）

1 前言

高精度圓柱滾子產(chǎn)品多數(shù)為“Ⅰ”級滾子，甚至為“0”級，要求較高，端面跳動要求不大于 2μm、粗糙度不大于 0.125μm[1-3]。目前通用終磨設(shè)備雙端面機(jī)床 M775Z1、M775B1 加工精度無法滿足產(chǎn)品要求，其可實(shí)現(xiàn)精度為, 加工端面跳動 SDw：3μm、粗糙度 Ra：0.18μm。精磨端面機(jī)床 3816 加工長徑比大于 1 的產(chǎn)品出現(xiàn)傾斜反倒，致使無法加工。經(jīng)分析，此規(guī)格滾子（φ6×7.5mm）外徑尺寸較小，高度相對較高，加工中端面與砂輪接觸面積小，重心高，承受較大的離心力，產(chǎn)品產(chǎn)生傾斜反倒，造成無法加工。文中從投料成型車制滾子加工、外徑加工工藝、端面精磨方法、滾動面超精參數(shù)選擇等方面進(jìn)行分析，對長徑比大于 1 的高精度滾子進(jìn)行工藝研究。

2 國標(biāo)及設(shè)計(jì)要求

GB/T4661—1989 滾動軸承圓柱滾子規(guī)定, 各公差等級滾子圓柱外表面的凸度或修形量按制造廠主管部門的規(guī)定執(zhí)行，而此滾子設(shè)計(jì)部門要求為半凸?jié)L子，凸度 3 ～7μm、中間直線段長4.7±0.5mm。國標(biāo)各項(xiàng)要求見表 1。

表1 圓柱滾子各項(xiàng)指標(biāo)要求

3 工藝路線的確定

傳統(tǒng)選擇的工藝路線：車加工（按正常尺寸加工）→ 竄油 → 軟磨端面 → 熱處理 → 竄氧化皮 → 粗磨（1）→ 酸洗 → 竄軟點(diǎn) → 探傷 → 附加回火（1）、除氫 → 粗磨（2）→ 附加回火（2）→ 竄油 → 終磨端面 → 細(xì)磨滾動面 → 精磨端面 → 終磨滾動面 → 超精滾動面及弧坡 → 清洗、擦凈 → 終檢選別 → 涂油、包裝[4]。

加工后存在的問題：由于此滾子是非等高圓柱滾子，加工后端面技術(shù)要求 SDw：3μm，實(shí)測 3 ～ 6μm 達(dá)不到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

改進(jìn)后的工藝方案：采取“先增肥、后瘦身”，制定工藝路線、編制加工工藝，確定合適的加工參數(shù)。

工藝流程：車加工（先增肥即增加外徑尺寸，與滾子高度一致）→ 竄油 → 軟磨端面 → 熱處理 → 竄氧化皮 → 粗磨滾動面（1）→ 酸洗 → 竄軟點(diǎn) → 探傷 → 附加回火（1）、除氫 → 粗磨滾動面（2）→ 附加回火（2）→ 竄油 → 終磨端面 → 細(xì)磨滾動面 → 精磨端面 → 終磨滾動面（后瘦身，多遍少進(jìn)給）→ 超精滾動面及弧坡 → 清洗、擦凈 → 終檢選別 → 涂油、包裝。

3.1 外徑加工方案選擇

“先增肥”，加大投料外徑尺寸。車加工選擇在 XKNC—100G 高精度數(shù)控車床上完成。計(jì)算出所需節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，為避免外徑磨削時倒角出現(xiàn)白點(diǎn)，在保證成品倒角的同時將折線設(shè)計(jì)成與水平直線成 75°的斜線， 計(jì)算留量尺寸，確保終磨滾動面不留臺階，再利用程序代碼進(jìn)行編程。選擇在高精度數(shù)控車床加工，可以保證滾子的統(tǒng)一性、一致性，尺寸散差較集中，幾何精度高[5]。

3.2 端面磨床的確定

先將滾子外徑尺寸加工至與高度相等，待精磨端面結(jié)束后再去除外徑余量，直至達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，對精磨端面 3816 機(jī)床作如下調(diào)整：（1）將磨削砂輪壓力調(diào)整至 3 個壓力值；（2）將機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整到 80 ～ 100r/min；（3）調(diào)整好機(jī)床主軸的偏心量，減小滾子離心力；（4）將滾子外徑尺寸磨削留量進(jìn)行修改，即精磨端面前將外徑尺寸磨至與高度尺寸一致，強(qiáng)制保證為等高（L / D = 1）圓柱滾子，保證滾子之間的間隙；（5）對修整過的砂輪進(jìn)行表面光整處理，最大限度減少摩擦阻力，以取得合理的磨削軌跡。

3.3 外徑加工方案的再確定

精磨端面后，由于外徑尺寸為工藝加大尺寸，實(shí)際外徑尺寸未達(dá)到產(chǎn)品要求，需要進(jìn)一步實(shí)施“瘦身”計(jì)劃，為保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，避免出現(xiàn)燒傷等情況，采取每遍 3 ～5μm 小磨量、多遍磨削加工的方式，在 MK10100 高精度數(shù)控?zé)o心外圓磨床上多次磨削至終磨尺寸，然后進(jìn)行超精加工。

3.4 超精滾動面的工藝研究

超精滾動面時，由于該滾子幾何精度要求相對較高，且有型線要求，通過反復(fù)更換、試加工，φ7.5×7.5mm 規(guī)格的專用超精輥棒可以滿足產(chǎn)品帶弧度的半凸型線設(shè)計(jì)要求，所以最終選用了該超精輥棒。

油石粒度對粗糙度的影響較大，通過多次試驗(yàn)對比，選用 W10、W7 的油石分別作為粗超、精超的磨料，粒度為 W10 的油石用于修形、去除磨量，粒度為 W7 的油石用于提高產(chǎn)品的光潔度[6]，參見表 2。

表2 油石粒度對工件表面粗糙度的影響表

在超精過程中，根據(jù)產(chǎn)品的特性要求和機(jī)床的性能，從切削角、油石的振動頻率、振幅、壓力、油石及工件轉(zhuǎn)速等五個方面進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整，選擇了合適的加工參數(shù)保證產(chǎn)品加工精度，具體參數(shù)見表 3。

表3 超精加工參數(shù)選擇

3.5 數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證

選取加工后的滾子，用專用檢測儀器粗糙度儀、輪廓儀、圓度儀按照產(chǎn)品要求進(jìn)行檢測，各項(xiàng)數(shù)據(jù)要求均滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。見表 4、表 5。

表4 滾子端面工序檢測結(jié)果 μm

表5 滾子外徑工序檢測結(jié)果 μm

各項(xiàng)數(shù)據(jù)要求均滿足產(chǎn)品技術(shù)要求，除滾動面粗糙度外，其余項(xiàng)均已達(dá)到“0”級滾子國家標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

通過工藝路線的改變，選擇合適的加工設(shè)備、科學(xué)的加工參數(shù)，解決了長徑比大于 1（L / D ＞1）高精度圓柱滾子的端面磨削加工，采用特殊超精輥棒實(shí)現(xiàn)滾動面帶凸度型線要求的超精加工，為今后（L / D ＞1）高精度圓柱滾子加工摸索出一條切實(shí)可行的加工工藝路線并積累了大量關(guān)于設(shè)備、參數(shù)等數(shù)據(jù)。 雖然實(shí)現(xiàn)了長徑比大于1（L / D ＞1）高精度圓柱滾子的加工，但是由于需要增加棒料外徑尺寸，造成耗材增加，經(jīng)濟(jì)性略有降低。